Có đặc tính mã hóa một loại protein cụ thể. Sự thoái hóa của mã di truyền: thông tin chung

1. Mã là bộ ba.

2. Mã bị thoái hóa.

3. Mã này không rõ ràng.

4. Mã thẳng hàng.

5. Mã không trùng lặp.

6. Mã này có tính phổ quát.

1) Mã là bộ ba. 3 nucleotide liền kề mang thông tin về một protein. Có thể có 64 bộ ba như vậy (điều này cho thấy tính dư thừa của mã di truyền), nhưng chỉ có 61 trong số chúng mang thông tin về protein (codon). 3 bộ ba được gọi là anticodon và là tín hiệu dừng tại đó quá trình tổng hợp protein dừng lại.

2) Mã bị thoái hóa. Nhiều codon có thể mã hoá cho một axit amin.

3) Mã này rõ ràng. Mỗi codon chỉ mã hóa cho một axit amin.

4) Mã này thẳng hàng. trình tự các nucleotit trong gen tương ứng với trình tự các axit amin trong protein.

5) Mã không bị ghi đè. Cùng một nucleotide không thể là một phần của hai codon khác nhau; quá trình đọc diễn ra liên tục, liên tiếp, cho đến codon dừng. Không có “dấu chấm câu” trong mã.

6) Mã này là phổ quát.Điều tương tự đối với tất cả chúng sinh, tức là cùng một bộ ba mã hóa cho cùng một axit amin.

61. Trong trường hợp nào sự thay đổi trình tự nucleotide ở gen không ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng của protein mã hóa?

1) nếu, do sự thay thế nucleotide, phát sinh một codon khác mã hóa cùng loại axit amin đó;

2) nếu codon được hình thành do sự thay thế nucleotide sẽ mã hóa một axit amin khác, nhưng có đặc tính hóa học tương tự và không làm thay đổi cấu trúc của protein;

3) nếu sự thay đổi nucleotide xảy ra ở các vùng DNA giữa các thế hệ hoặc không hoạt động.

№62. Sao chép DNA.

Đánh giá ngắn:

Nhân rộng- quá trình tổng hợp phân tử con gái của axit deoxyribonucleic trên ma trận của phân tử DNA gốc. Trong quá trình phân chia tiếp theo của tế bào mẹ, mỗi tế bào con nhận được một bản sao của phân tử DNA giống hệt DNA của tế bào mẹ ban đầu. Quá trình này đảm bảo rằng thông tin di truyền được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác một cách chính xác. Quá trình sao chép DNA được thực hiện bởi một phức hợp enzyme phức tạp bao gồm 15-20 protein khác nhau, được gọi là replisome.

Tại thời điểm phân chia, DNA phải được sao chép hoàn toàn và chỉ một lần. Sự sao chép xảy ra theo ba giai đoạn:

1. Bắt đầu sao chép (DNA polymerase bắt đầu sao chép DNA bằng cách liên kết với một đoạn của chuỗi nucleotide. Tại một vị trí nhất định (điểm bắt đầu sao chép), sự biến tính cục bộ của DNA xảy ra, các chuỗi phân kỳ và hai nhánh sao chép được hình thành, chuyển động ngược chiều nhau.).

2. Độ giãn dài (giai đoạn sinh tổng hợp phân tử axit nucleic, bao gồm việc bổ sung tuần tự các monome (nucleotide) vào chuỗi DNA đang phát triển).

3. Chấm dứt quá trình sao chép (giai đoạn cuối cùng xảy ra khi các đoạn trống được lấp đầy bởi các nucleotide giữa các đoạn Okazaki).

Phần chính:

Vì DNA là một phân tử có tính di truyền nên để có được đặc tính này, nó phải tự sao chép một cách chính xác và do đó bảo tồn tất cả thông tin có sẵn trong phân tử DNA ban đầu dưới dạng một trình tự nucleotide cụ thể. Điều này đạt được thông qua một quá trình đặc biệt diễn ra trước sự phân chia của bất kỳ tế bào nào trong cơ thể, được gọi là sao chép DNA - quá trình tổng hợp phân tử con gái của axit deoxyribonucleic trên ma trận của phân tử DNA gốc.

Sự sao chép DNA xảy ra theo ba giai đoạn:

1. Bắt đầu. Thực tế là các enzym đặc biệt - DNA helicase, có tác dụng tháo xoắn chuỗi xoắn DNA kép, phá vỡ các liên kết hydro yếu nối các nucleotide của hai chuỗi. Kết quả là, các chuỗi DNA bị tách ra và các bazơ nitơ tự do “nhô ra” khỏi mỗi chuỗi (sự xuất hiện của cái gọi là nĩa sao chép).

2. Độ giãn dài(giai đoạn sinh tổng hợp các phân tử axit nucleic, bao gồm việc bổ sung tuần tự các monome (nucleotide) vào chuỗi DNA đang phát triển). Mỗi trong số hai chuỗi DNA đóng vai trò là khuôn mẫu để tổng hợp chuỗi mới. Vì các chuỗi gốc là phản song song nên quá trình sao chép DNA liên tục chỉ xảy ra trên một chuỗi, được gọi là chuỗi dẫn đầu. Một enzyme đặc biệt, DNA polymerase, bắt đầu di chuyển dọc theo chuỗi DNA tự do từ đầu 5” đến đầu 3”, giúp gắn các nucleotide tự do, được tổng hợp liên tục trong tế bào, vào đầu 3” của chuỗi DNA mới được tổng hợp. Quá trình tổng hợp mạch mới trên mạch trễ đòi hỏi phải hình thành liên tục các mồi mới (gọi là mồi - các đoạn axit nucleic ngắn được DNA sử dụng) - polymerase để bắt đầu quá trình tổng hợp DNA) để bắt đầu sao chép và được thực hiện thành các đoạn nhỏ gồm 1000-2000 nucleotide mỗi đoạn (đoạn Okazaki). Hạt sẽ phân hủy sau khi quá trình tổng hợp đoạn Okazaki tiếp theo hoàn tất. Các đoạn DNA liền kề thu được được nối với nhau bằng DNA ligase. Topoisomerase loại bỏ các siêu xoắn của chuỗi xoắn, helicase đảm bảo việc tháo xoắn chuỗi xoắn kép và protein SSB đảm bảo sự ổn định của chuỗi đơn DNA.

3. Sự kết thúc (hoàn thành) quá trình sao chép xảy ra khi các khoảng trống giữa các đoạn Okazaki được lấp đầy bởi các nucleotide (với sự tham gia của DNA ligase) để tạo thành hai chuỗi DNA kép liên tục và khi hai nhánh sao chép gặp nhau. Sau đó DNA tổng hợp được xoắn lại để tạo thành các chuỗi siêu xoắn.

63. Mô tả trình tự các quá trình xảy ra trong quá trình sao chép DNA ở sinh vật nhân chuẩn

Cơ chế sao chép DNA của sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn khác nhau đáng kể ở chỗ trong trường hợp thứ hai, quá trình tổng hợp chuỗi DNA dẫn đầu và chuỗi DNA trễ được thực hiện bởi các DNA polymerase khác nhau (tương ứng là alpha và delta), trong khi ở E. coli cả hai chuỗi DNA đều được thực hiện. được tổng hợp bởi dimer DNA polymerase III. DNA polymerase alpha bắt đầu quá trình tổng hợp chuỗi dẫn đầu ở điểm bắt đầu sao chép, và DNA polymerase delta thực hiện quá trình tái khởi động theo chu kỳ quá trình tổng hợp các đoạn Okazaki, dường như nhận ra sự hiện diện của nucleotide đầu 5" của mồi tiếp theo với sự phân ly tiếp theo từ DNA mẫu và gắn vào nó để bắt đầu lại quá trình tổng hợp đoạn Okazaki tiếp theo.

Sự trưởng thành của các đoạn Okazaki ở sinh vật nhân chuẩn đòi hỏi phải loại bỏ các đoạn mồi RNA bằng cách sử dụng exonuclease 5"->3" (yếu tố protein FEN-1 hoặc MF-1) và RNase H1, cũng như sự liên kết cộng hóa trị của các đoạn với nhau dưới tác dụng của DNA ligase TÔI.

Hiện tại người ta chưa biết chính xác điều gì đóng vai trò là tín hiệu kích hoạt để bắt đầu sao chép DNA ở pha S. Sự kiện khởi đầu, sau đó quá trình tổng hợp DNA bắt đầu, xảy ra tại các vị trí cụ thể được gọi là "các nhánh sao chép". Trong pha S, các cụm nhánh sao chép được kích hoạt đồng thời trên tất cả các nhiễm sắc thể.

Vị trí nguồn gốc sao chép ở gen có thể có ý nghĩa sinh học quan trọng. Thực tế là ở một số quá trình sao chép của virus ở động vật bắt đầu tại các vị trí cụ thể trong bộ gen cho thấy rằng nguồn gốc sao chép là các trình tự chuyên biệt trong DNA nhiễm sắc thể. Khoảng cách trung bình giữa các điểm gốc sao chép có thể so sánh với khoảng cách trung bình giữa các vòng nhiễm sắc liền kề. Vì vậy, có thể chỉ có một điểm gốc sao chép trong mỗi vòng lặp.

Khi hai nhánh sao chép phân kỳ từ cùng một điểm gốc sao chép dọc theo các mặt khác nhau từ thời điểm này, các nhiễm sắc thể bố mẹ sẽ rơi vào các chuỗi xoắn DNA con khác nhau. Trong trường hợp này, vị trí chính xác của điểm khởi đầu sao chép trong đơn vị phiên mã sẽ quyết định sự phân bố các histon bố mẹ có sẵn giữa hai gen con. Không phải tất cả các nhiễm sắc thể đều giống hệt nhau - cấu trúc nhiễm sắc thể khác nhau ở các vùng khác nhau của vật liệu di truyền. Do đó, vị trí chính xác của nguồn gốc sao chép trong một gen có thể có ý nghĩa sinh học quan trọng vì nó sẽ quyết định cấu trúc chất nhiễm sắc của gen đó ở thế hệ tế bào tiếp theo.

Trình kích hoạt sao chép DNA rõ ràng hoạt động trên cơ sở tất cả hoặc không có gì, vì quá trình sao chép DNA, bắt đầu ở pha S, tiếp tục cho đến khi quá trình hoàn tất. Quá trình sao chép có thể được kiểm soát trên cơ sở tất cả hoặc không có gì bởi ít nhất hai những cách khác:

1) một số hệ thống chung có thể nhận biết cụ thể từng dải nhiễm sắc thể, giải mã nó và do đó làm cho tất cả các nguồn gốc sao chép có thể truy cập đồng thời đối với các protein chịu trách nhiệm hình thành các bong bóng sao chép;

2) các protein sao chép chỉ có thể nhận ra một số điểm gốc sao chép từ một tập hợp nhất định, sau đó quá trình sao chép cục bộ đã bắt đầu sẽ thay đổi cấu trúc của chất nhiễm sắc còn lại của đơn vị sao chép theo cách có thể sao chép ở tất cả các điểm gốc khác.

Có thể điểm quan trọng trong chuỗi sự kiện khởi đầu quá trình sao chép DNA là việc đạt được một giai đoạn nhất định trong quá trình nhân đôi của ly tâm, giai đoạn này vừa đóng vai trò là một phần của trung tâm tổ chức vi ống quan trọng liên kết chặt chẽ với nhân xen kẽ vừa đóng vai trò như một trung tâm tổ chức vi ống quan trọng. một thành phần của mỗi cực trục chính trong quá trình nguyên phân. Trung tử dường như nhân đôi theo quy trình khuôn một lần trong mỗi chu kỳ tế bào (Hình 11-19).

Người ta cũng chưa biết điều gì quyết định trình tự sao chép cố định của các dải nhiễm sắc thể. Hai giả thuyết đã được đề xuất để giải thích trình tự này. Theo một trong số họ, các protein sao chép khác nhau, mỗi protein đặc trưng cho các dải nhiễm sắc thể của một loại nhất định, được tổng hợp ở pha S trong thời điểm khác nhau. Theo một giả thuyết khác, hiện có vẻ hợp lý hơn, các protein sao chép chỉ đơn giản tác động lên những phần DNA mà chúng dễ tiếp cận hơn; ví dụ, trong pha S, quá trình khử ngưng tụ liên tục của nhiễm sắc thể có thể xảy ra và từng dải nhiễm sắc thể có thể tiếp cận được để sao chép protein.

Bài giảng 5. Mã di truyền

Định nghĩa khái niệm

Mã di truyền là một hệ thống ghi lại thông tin về trình tự axit amin trong protein bằng cách sử dụng trình tự các nucleotide trong DNA.

Vì DNA không tham gia trực tiếp vào quá trình tổng hợp protein nên mã được viết bằng ngôn ngữ RNA. RNA chứa uracil thay vì thymine.

Tính chất của mã di truyền

1. Bộ ba

Mỗi axit amin được mã hóa bởi một chuỗi gồm 3 nucleotide.

Định nghĩa: bộ ba hay codon là trình tự gồm ba nucleotit mã hóa một axit amin.

Mã này không thể là mã đơn vì 4 (số nucleotit khác nhau trong DNA) nhỏ hơn 20. Mã này không thể là mã kép vì 16 (số tổ hợp và số hoán vị của 4 nucleotit của 2) nhỏ hơn 20. Mã này có thể là bộ ba, vì 64 (số tổ hợp và hoán vị từ 4 đến 3) lớn hơn 20.

2. Sự thoái hóa.

Tất cả các axit amin, ngoại trừ methionine và tryptophan, được mã hóa bởi nhiều hơn một bộ ba:

2 AK cho 1 bộ ba = 2.

9 AK, mỗi bộ 2 bộ ba = 18.

1 AK 3 bộ ba = 3.

5 AK của 4 bộ ba = 20.

3 AK của 6 bộ ba = 18.

Tổng cộng có 61 bộ ba mã hóa 20 axit amin.

3. Sự hiện diện của dấu chấm câu giữa các thế hệ.

Sự định nghĩa:

gen - Đoạn ADN mã hóa một chuỗi polypeptide hoặc một phân tử tARN, rARN hoặcsRNA.

GentARN, rRNA, sRNAprotein không được mã hóa.

Ở cuối mỗi gen mã hóa một polypeptide có ít nhất một trong 3 bộ ba mã hóa codon dừng RNA hoặc tín hiệu dừng. Trong mRNA chúng có dạng sau: UAA, UAG, UGA . Họ chấm dứt (kết thúc) chương trình phát sóng.

Thông thường codon cũng thuộc về dấu chấm câu tháng 8 - đầu tiên sau trình tự lãnh đạo. (Xem Bài giảng 8) Nó có chức năng như một chữ in hoa. Ở vị trí này nó mã hóa formylmethionine (ở sinh vật nhân sơ).

4. Tính rõ ràng.

Mỗi bộ ba chỉ mã hóa một axit amin hoặc là đầu dịch mã.

Ngoại lệ là codon tháng 8 . Ở sinh vật nhân sơ, ở vị trí đầu tiên (chữ in hoa), nó mã hóa formylmethionine và ở bất kỳ vị trí nào khác, nó mã hóa methionine.

5. Tính cô đọng hoặc không có dấu chấm câu nội sinh.
Trong một gen, mỗi nucleotide là một phần của một codon quan trọng.

Năm 1961, Seymour Benzer và Francis Crick đã chứng minh bằng thực nghiệm bản chất bộ ba của mật mã và tính cô đọng của nó.

Bản chất của thí nghiệm: đột biến “+” - chèn một nucleotide. Đột biến "-" - mất một nucleotide. Một đột biến “+” hoặc “-” ở đầu gen sẽ làm hỏng toàn bộ gen. Đột biến kép “+” hoặc “-” cũng làm hỏng toàn bộ gen.

Đột biến ba dấu “+” hoặc “-” ở đầu gen chỉ làm hỏng một phần gen đó. Đột biến bốn lần “+” hoặc “-” lại làm hỏng toàn bộ gen.

Thí nghiệm chứng minh rằng Mã được phiên mã và không có dấu chấm câu bên trong gen. Thí nghiệm được thực hiện trên hai gen của phage liền kề và cho thấy, ngoài ra, sự hiện diện của dấu chấm câu giữa các gen.

6. Tính linh hoạt.

Mã di truyền của mọi sinh vật sống trên Trái đất là như nhau.

Năm 1979, Burrell mở lý tưởng mã ty thể của con người.

Sự định nghĩa:

“Lý tưởng” là mã di truyền thỏa mãn quy luật thoái hóa của mã gần như kép: Nếu trong hai bộ ba, hai nucleotit đầu tiên trùng nhau và nucleotit thứ ba cùng loại (cả hai đều là purin hoặc cả hai đều là pyrimidine) thì các bộ ba này cùng mã hóa một axit amin.

Có hai trường hợp ngoại lệ đối với quy tắc này trong mã phổ quát. Cả hai sai lệch so với mã lý tưởng trong phổ quát đều liên quan đến các điểm cơ bản: điểm bắt đầu và kết thúc của quá trình tổng hợp protein:

codon	Phổ quát mã số	Mã ty thể
		Động vật có xương sống	Động vật không xương sống	Men	Thực vật
	DỪNG LẠI				DỪNG LẠI
Với UA
A G A		DỪNG LẠI
		DỪNG LẠI			230 sự thay thế không làm thay đổi loại axit amin được mã hóa. đến độ dễ rách. Năm 1956, Georgiy Gamow đề xuất một biến thể của mã chồng chéo. Theo mã Gamow, mỗi nucleotide, bắt đầu từ vị trí thứ ba trong gen, là một phần của 3 codon. Khi mã di truyền được giải mã, hóa ra nó không chồng chéo, tức là. Mỗi nucleotide chỉ là một phần của một codon. Ưu điểm của mã di truyền chồng chéo: tính cô đặc, ít phụ thuộc vào cấu trúc protein vào việc chèn hoặc xóa một nucleotide. Nhược điểm: cấu trúc protein phụ thuộc nhiều vào sự thay thế nucleotide và sự hạn chế của các nucleotide lân cận. Năm 1976, DNA của phage φX174 đã được giải trình tự. Nó có DNA vòng đơn chuỗi bao gồm 5375 nucleotide. Phage được biết là mã hóa 9 protein. Đối với 6 người trong số họ, các gen lần lượt được xác định. Hóa ra là có sự chồng chéo. Gen E nằm hoàn toàn bên trong gen D . Codon khởi đầu của nó là kết quả của sự dịch chuyển khung của một nucleotide. gen J bắt đầu từ nơi gen kết thúc D . Codon khởi đầu của gen J trùng với codon dừng của gen D là kết quả của sự dịch chuyển hai nucleotit. Cấu trúc này được gọi là “sự dịch chuyển khung đọc” bởi một số nucleotide chứ không phải bội số của ba. Cho đến nay, sự chồng chéo chỉ được thể hiện ở một vài phage. Khả năng thông tin của DNA Có 6 tỷ người đang sống trên Trái đất. Thông tin di truyền về họ được bao bọc trong 6x10 9 tinh trùng. Theo ước tính khác nhau, một người có từ 30 đến 50 nghìn gen. Tất cả con người đều có ~30x10 13 gen, hoặc 30x10 16 cặp bazơ, tạo thành 10 17 codon. Trang sách trung bình chứa 25x10 2 ký tự. DNA của tinh trùng 6x10 9 chứa thông tin có thể tích bằng khoảng 4x10 13 trang sách. Những trang này sẽ chiếm không gian của 6 tòa nhà NSU. Tinh trùng 6x10 9 chiếm nửa ống đựng. DNA của họ chiếm ít hơn một phần tư của một cái đê.

Mã di truyền là cách mã hóa trình tự axit amin trong phân tử protein bằng cách sử dụng trình tự các nucleotide trong phân tử axit nucleic. Các đặc tính của mã di truyền phát sinh từ các đặc điểm của mã hóa này.

Mỗi axit amin protein được kết hợp với ba nucleotide liên tiếp của axit nucleic - sinh ba, hoặc codon. Mỗi nucleotide có thể chứa một trong bốn bazơ nitơ. Trong RNA đó là adenine (A), uracil (U), guanine (G), cytosine (C). Bằng cách kết hợp các bazơ nitơ (trong trường hợp này là các nucleotide chứa chúng) theo nhiều cách khác nhau, bạn có thể thu được nhiều bộ ba khác nhau: AAA, GAU, UCC, GCA, AUC, v.v. Tổng số kết hợp có thể có là 64, tức là 43.

Protein của sinh vật sống chứa khoảng 20 axit amin. Nếu thiên nhiên “lên kế hoạch” mã hóa mỗi axit amin không phải bằng ba mà bằng hai nucleotide, thì sự đa dạng của các cặp như vậy sẽ không đủ, vì sẽ chỉ có 16 trong số chúng, tức là. 42.

Như vậy, Đặc tính chính của mã di truyền là tính ba lần. Mỗi axit amin được mã hóa bởi một bộ ba nucleotide.

Vì có thể có nhiều bộ ba khác nhau hơn đáng kể so với số axit amin được sử dụng trong các phân tử sinh học, nên đặc tính sau đây đã được thể hiện trong tự nhiên sống: dư mã di truyền. Nhiều axit amin bắt đầu được mã hóa không phải bằng một codon mà bằng nhiều codon. Ví dụ, axit amin glycine được mã hóa bởi bốn codon khác nhau: GGU, GGC, GGA, GGG. Sự dư thừa còn được gọi là sự thoái hóa.

Sự tương ứng giữa axit amin và codon được thể hiện trong bảng. Ví dụ:

Liên quan đến nucleotit, mã di truyền có đặc điểm sau: sự rõ ràng(hoặc tính đặc hiệu): mỗi codon chỉ tương ứng với một axit amin. Ví dụ, codon GGU chỉ có thể mã hóa glycine và không có axit amin nào khác.

Lại. Sự dư thừa có nghĩa là nhiều bộ ba có thể cùng mã hóa một axit amin. Tính đặc hiệu - mỗi codon cụ thể chỉ có thể mã hóa cho một axit amin.

Không có dấu chấm câu đặc biệt trong mã di truyền (ngoại trừ codon dừng, biểu thị sự kết thúc của quá trình tổng hợp polypeptide). Chức năng của dấu chấm câu được thực hiện bởi chính các bộ ba - sự kết thúc của một dấu chấm câu có nghĩa là dấu chấm câu khác sẽ bắt đầu tiếp theo. Điều này ngụ ý hai đặc tính sau của mã di truyền: liên tục Và không chồng chéo. Tính liên tục đề cập đến việc đọc các bộ ba ngay sau nhau. Không chồng chéo có nghĩa là mỗi nucleotide chỉ có thể là một phần của một bộ ba. Vì vậy, nucleotit đầu tiên của bộ ba tiếp theo luôn xuất hiện sau nucleotit thứ ba của bộ ba trước. Một codon không thể bắt đầu bằng nucleotide thứ hai hoặc thứ ba của codon trước đó. Nói cách khác, mã không trùng nhau.

Mã di truyền có tính chất tính linh hoạt. Mọi sinh vật trên Trái đất đều giống nhau, điều này cho thấy sự thống nhất về nguồn gốc sự sống. Có những trường hợp ngoại lệ rất hiếm cho điều này. Ví dụ, một số bộ ba trong ty thể và lục lạp mã hóa các axit amin khác với các axit amin thông thường của chúng. Điều này có thể gợi ý rằng vào buổi bình minh của sự sống đã có những biến thể hơi khác nhau của mã di truyền.

Cuối cùng, mã di truyền có khả năng chống ồn, đó là hệ quả của tính chất dư thừa của nó. Đột biến điểm, đôi khi xảy ra ở DNA, thường dẫn đến việc thay thế một bazơ nitơ này bằng một bazơ nitơ khác. Điều này thay đổi bộ ba. Ví dụ, nó là AAA, nhưng sau khi đột biến nó trở thành AAG. Tuy nhiên, những thay đổi như vậy không phải lúc nào cũng dẫn đến thay đổi axit amin trong polypeptide tổng hợp, vì cả hai bộ ba, do đặc tính dư thừa của mã di truyền, có thể tương ứng với một axit amin. Xét rằng các đột biến thường có hại, đặc tính miễn nhiễm tiếng ồn rất hữu ích.

Mã di truyền hay mã sinh học là một trong những đặc tính phổ quát của tự nhiên sống, chứng tỏ sự thống nhất về nguồn gốc của nó. Mã di truyền là phương pháp mã hóa trình tự axit amin của polypeptide bằng cách sử dụng trình tự các nucleotide axit nucleic (RNA thông tin hoặc đoạn DNA bổ sung mà trên đó mRNA được tổng hợp).

Có những định nghĩa khác.

Mã di truyền- đây là sự tương ứng của từng axit amin (một phần của protein sống) với một chuỗi cụ thể gồm ba nucleotide. Mã di truyền là mối quan hệ giữa các bazơ axit nucleic và các axit amin của protein.

Trong tài liệu khoa học, mã di truyền không có nghĩa là trình tự các nucleotide trong DNA của một sinh vật quyết định tính cá thể của nó.

Sẽ không đúng khi cho rằng một sinh vật hoặc loài có một mã này và một loài khác có mã khác. Mã di truyền là cách các axit amin được mã hóa bởi các nucleotide (tức là nguyên tắc, cơ chế); nó có tính phổ quát đối với mọi sinh vật, giống nhau đối với mọi sinh vật.

Vì vậy, sẽ không đúng khi nói, ví dụ như “Mã di truyền của một người” hay “Mã di truyền của một sinh vật” thường được sử dụng trong các tài liệu và phim ảnh giả khoa học.

Trong những trường hợp này, chúng ta thường muốn nói đến bộ gen của một người, một sinh vật, v.v.

Sự đa dạng của các sinh vật sống và đặc điểm hoạt động sống của chúng chủ yếu là do sự đa dạng của protein.

Cấu trúc cụ thể của protein được xác định bởi thứ tự và số lượng của các axit amin khác nhau tạo nên thành phần của nó. Trình tự axit amin của peptide được mã hóa trong DNA bằng mã sinh học. Từ quan điểm về sự đa dạng của tập hợp các monome, DNA là một phân tử nguyên thủy hơn peptide. ADN là Các tùy chọn khác nhau chỉ xen kẽ bốn nucleotide. Cái này trong một khoảng thời gian dàiđã ngăn cản các nhà nghiên cứu coi DNA là vật liệu di truyền.

Các axit amin được mã hóa bởi các nucleotit như thế nào?

1) Axit nucleic (DNA và RNA) là các polyme bao gồm các nucleotide.

Mỗi nucleotide có thể chứa một trong bốn bazơ nitơ: adenine (A, en: A), guanine (G, G), cytosine (C, en: C), thymine (T, en: T). Trong trường hợp RNA, thymine được thay thế bằng uracil (U, U).

Khi xem xét mã di truyền, chỉ tính đến các bazơ nitơ.

Sau đó, chuỗi DNA có thể được biểu diễn dưới dạng trình tự tuyến tính của chúng. Ví dụ:

Phần mRNA bổ sung cho mã này sẽ như sau:

2) Protein (polypeptide) là các polyme bao gồm các axit amin.

Trong cơ thể sống, 20 axit amin được sử dụng để tạo nên polypeptide (một số ít nữa rất hiếm). Để chỉ định chúng, bạn cũng có thể sử dụng một chữ cái (mặc dù họ thường sử dụng ba chữ cái - viết tắt của tên axit amin).

Các axit amin trong polypeptide cũng được kết nối tuyến tính bằng liên kết peptide. Ví dụ: giả sử có một phần protein có trình tự axit amin sau (mỗi axit amin được ký hiệu bằng một chữ cái):

3) Nếu nhiệm vụ là mã hóa từng axit amin bằng nucleotide, thì vấn đề là cách mã hóa 20 chữ cái bằng 4 chữ cái.

Điều này có thể được thực hiện bằng cách ghép các chữ cái trong bảng chữ cái 20 chữ cái với các từ được tạo thành từ nhiều chữ cái trong bảng chữ cái 4 chữ cái.

Nếu một axit amin được mã hóa bởi một nucleotide thì chỉ có thể mã hóa được bốn axit amin.

Nếu mỗi axit amin được liên kết với hai nucleotide liên tiếp trong chuỗi RNA thì có thể mã hóa được 16 axit amin.

Thật vậy, nếu có bốn chữ cái (A, U, G, C) thì số tổ hợp cặp khác nhau của chúng sẽ là 16: (AU, UA), (AG, GA), (AC, CA), (UG, GU), (UC, CU), (GC, CG), (AA, UU, GG, CC).

[Dấu ngoặc được sử dụng để dễ nhận biết.] Điều này có nghĩa là chỉ có 16 axit amin khác nhau có thể được mã hóa bằng một mã như vậy (một từ có hai chữ cái): mỗi từ sẽ có một từ riêng (hai nucleotide liên tiếp).

Từ toán học, công thức xác định số tổ hợp trông như sau: ab = n.

Ở đây n là số cách kết hợp khác nhau, a là số chữ cái trong bảng chữ cái (hoặc cơ sở của hệ thống số), b là số chữ cái trong từ (hoặc chữ số trong số). Nếu thay bảng chữ cái 4 chữ cái và các từ gồm 2 chữ cái vào công thức này, chúng ta được 42 = 16.

Nếu dùng ba nucleotide liên tiếp làm từ mã cho mỗi axit amin thì có thể mã hóa được 43 = 64 axit amin khác nhau, vì 64 sự kết hợp khác nhau có thể bao gồm bốn chữ cái được lấy theo nhóm ba (ví dụ: AUG, GAA, CAU, GGU, v.v.)

d.). Điều này đã quá đủ để mã hóa 20 axit amin.

Chính xác mã ba chữ cái được sử dụng trong mã di truyền. Ba nucleotit liên tiếp mã hóa cho một axit amin gọi là sinh ba(hoặc codon).

Mỗi axit amin được liên kết với một bộ ba nucleotide cụ thể.

Ngoài ra, do sự kết hợp của các bộ ba chồng lên số lượng axit amin dư thừa nên nhiều axit amin được mã hóa bởi một số bộ ba.

Ba bộ ba không mã hóa cho bất kỳ axit amin nào (UAA, UAG, UGA).

Chúng đánh dấu sự kết thúc của chương trình phát sóng và được gọi dừng codon(hoặc codon vô nghĩa).

Bộ ba AUG không chỉ mã hóa axit amin methionine mà còn bắt đầu dịch mã (đóng vai trò là codon khởi đầu).

Dưới đây là bảng tương ứng của axit amin với bộ ba nucleoitide.

Sử dụng bảng đầu tiên, sẽ thuận tiện hơn khi xác định axit amin tương ứng từ một bộ ba nhất định. Đối với thứ hai - đối với một axit amin nhất định, các bộ ba tương ứng với nó.

Hãy xem xét một ví dụ về việc thực hiện mã di truyền. Cho một mARN có nội dung sau:

Hãy chia chuỗi nucleotide thành bộ ba:

Chúng ta hãy liên kết mỗi bộ ba với axit amin của polypeptide mà nó mã hóa:

Methionine - Axit aspartic - Serine - Threonine - Tryptophan - Leucine - Leucine - Lysine - Asparagine - Glutamine

Bộ ba cuối cùng là codon dừng.

Tính chất của mã di truyền

Các đặc tính của mã di truyền phần lớn là hệ quả của cách mã hóa các axit amin.

Tính chất đầu tiên và hiển nhiên là tam bội.

Nó đề cập đến thực tế là đơn vị mã là một chuỗi gồm ba nucleotide.

Một tính chất quan trọng của mã di truyền là nó không chồng chéo. Một nucleotit nằm trong bộ ba này không thể nằm trong bộ ba khác.

Nghĩa là, chuỗi AGUGAA chỉ có thể được đọc là AGU-GAA, nhưng không thể đọc như sau: AGU-GUG-GAA. Nghĩa là, nếu một cặp GU được bao gồm trong một bộ ba thì nó chưa thể được một phần không thể thiếu khác.

Dưới sự rõ ràng Mã di truyền hiểu rằng mỗi bộ ba chỉ tương ứng với một axit amin.

Ví dụ, bộ ba AGU mã hóa cho serine axit amin và không có gì khác.

Mã di truyền

Bộ ba này chỉ tương ứng duy nhất với một axit amin.

Mặt khác, một số bộ ba có thể tương ứng với một axit amin. Ví dụ, cùng một serine, ngoài AGU, còn tương ứng với codon AGC. Thuộc tính này được gọi là sự thoái hóa mã di truyền.

Sự thoái hóa cho phép nhiều đột biến vẫn vô hại, vì việc thường xuyên thay thế một nucleotide trong DNA không dẫn đến thay đổi giá trị của bộ ba. Nếu bạn nhìn kỹ vào bảng tương ứng của axit amin với các bộ ba, bạn có thể thấy rằng nếu một axit amin được mã hóa bởi một số bộ ba, thì chúng thường khác nhau ở nucleotide cuối cùng, tức là nó có thể là bất cứ thứ gì.

Một số đặc tính khác của mã di truyền cũng được lưu ý (tính liên tục, tính miễn nhiễm tiếng ồn, tính phổ quát, v.v.).

Khả năng phục hồi là sự thích nghi của thực vật với điều kiện sống. Phản ứng cơ bản của thực vật trước tác động của các yếu tố bất lợi.

Sức đề kháng của thực vật là khả năng chống chịu tác động của các yếu tố môi trường khắc nghiệt (hạn hán đất và không khí).

Tính duy nhất của mã di truyền được thể hiện ở chỗ

Đặc tính này được phát triển trong quá trình tiến hóa và được cố định về mặt di truyền. Ở những vùng có điều kiện không thuận lợi, ổn định hình thức trang trí và giống địa phương cây trồng– chịu hạn. Một mức độ đề kháng cụ thể vốn có của thực vật chỉ được bộc lộ dưới tác động của các yếu tố môi trường khắc nghiệt.

Do sự xuất hiện của yếu tố này, giai đoạn kích thích bắt đầu - một sự sai lệch rõ rệt so với định mức của một số thông số sinh lý và chúng nhanh chóng trở lại bình thường. Sau đó có sự thay đổi về tốc độ trao đổi chất và tổn thương cấu trúc nội bào. Đồng thời, tất cả các chất tổng hợp đều bị ức chế, tất cả các chất thủy phân được kích hoạt và nguồn cung cấp năng lượng tổng thể của cơ thể giảm đi. Nếu ảnh hưởng của yếu tố này không vượt quá giá trị ngưỡng, giai đoạn thích ứng bắt đầu.

Cây thích nghi sẽ phản ứng ít hơn khi tiếp xúc nhiều lần hoặc tăng cường với một yếu tố cực đoan. TRÊN cấp độ sinh vật sự tương tác giữa nhiều cơ quan được thêm vào cơ chế thích ứng. Sự suy yếu của sự chuyển động của dòng nước, các hợp chất khoáng và hữu cơ qua cây làm trầm trọng thêm sự cạnh tranh giữa các cơ quan và sự phát triển của chúng ngừng lại.

Tính ổn định sinh học ở thực vật được xác định. giá trị tối đa của hệ số cực trị mà tại đó cây vẫn hình thành hạt có khả năng sống. Sự ổn định nông học được xác định bởi mức độ giảm năng suất. Thực vật được đặc trưng bởi khả năng chống lại một loại yếu tố khắc nghiệt cụ thể - trú đông, chịu khí, chịu mặn, chịu hạn.

Loại giun tròn, không giống như giun dẹp, có khoang cơ thể sơ cấp - một khoang cơ thể phân liệt, được hình thành do sự phá hủy nhu mô lấp đầy các khoảng trống giữa thành cơ thể và các cơ quan nội tạng - chức năng của nó là vận chuyển.

Nó duy trì cân bằng nội môi. Hình dạng cơ thể có đường kính tròn. Phần da được cắt lớp biểu bì. Các cơ được đại diện bởi một lớp cơ dọc. Ruột đi qua và bao gồm 3 phần: trước, giữa và sau. Miệng mở nằm ở mặt bụng của phần trước cơ thể. Họng có lòng hình tam giác đặc trưng. Hệ thống bài tiết được đại diện bởi protonephridia hoặc các tuyến da đặc biệt - tuyến dưới da. Hầu hết các loài đều lưỡng tính và chỉ sinh sản hữu tính.

Sự phát triển là trực tiếp, ít thường xuyên hơn với sự biến thái. Chúng có thành phần tế bào không đổi của cơ thể và thiếu khả năng tái tạo. Ruột trước bao gồm khoang miệng, hầu họng và thực quản.

Chúng không có phần giữa hoặc phần sau. Hệ thống bài tiết bao gồm 1-2 tế bào khổng lồ của lớp dưới da. Các kênh bài tiết dọc nằm ở các đường bên của lớp hạ bì.

Tính chất của mã di truyền. Bằng chứng về mã bộ ba Giải mã codon. Dừng codon. Khái niệm ức chế di truyền.

Ý tưởng cho rằng gen mã hóa thông tin trong cấu trúc bậc một của protein đã được cụ thể hóa bởi F.

Crick trong giả thuyết trình tự của mình, theo đó trình tự các phần tử gen quyết định trình tự các gốc axit amin trong chuỗi polypeptide. Giá trị của giả thuyết trình tự được chứng minh bằng tính đồng tuyến của cấu trúc gen và polypeptide mà nó mã hóa. Sự phát triển quan trọng nhất vào năm 1953 là việc xem xét điều đó. Đó là mã rất có thể là bộ ba.

; Cặp base DNA: A-T, T-A, G-C, C-G - chỉ có thể mã hóa 4 axit amin nếu mỗi cặp tương ứng với một axit amin. Như bạn đã biết, protein chứa 20 axit amin cơ bản. Nếu chúng ta giả sử rằng mỗi axit amin có 2 cặp bazơ thì có thể mã hóa 16 axit amin (4 * 4) - điều này một lần nữa là không đủ.

Nếu mã là bộ ba thì 64 codon (4*4*4) có thể được tạo ra từ 4 cặp bazơ, quá đủ để mã hóa 20 axit amin. Crick và các đồng nghiệp của ông cho rằng mã này là bộ ba, không có “dấu phẩy” giữa các codon, tức là các dấu phân cách; Mã trong gen được đọc từ một điểm cố định theo một hướng. Vào mùa hè năm 1961, Kirenberg và Mattei đã báo cáo việc giải mã codon đầu tiên và đề xuất phương pháp thiết lập thành phần của các codon trong hệ thống tổng hợp protein không có tế bào.

Do đó, codon của phenylalanine được phiên mã thành UUU trong mRNA. Hơn nữa, là kết quả của việc áp dụng các phương pháp do Korana, Nirenberg và Leder phát triển vào năm 1965.

một từ điển mã đã được biên soạn trong nó hình thức hiện đại. Do đó, sự xuất hiện các đột biến ở các phage T4 do mất hoặc thêm các bazơ là bằng chứng về bản chất bộ ba của mã (tính chất 1). Những thao tác xóa và bổ sung này, dẫn đến dịch chuyển khung khi “đọc” mã, chỉ được loại bỏ bằng cách khôi phục tính chính xác của mã, điều này ngăn cản sự xuất hiện của các đột biến. Các thí nghiệm này cũng cho thấy các bộ ba không trùng nhau, nghĩa là mỗi cơ sở chỉ có thể thuộc về một bộ ba (tính chất 2).

Hầu hết các axit amin có một số codon. Mã trong đó số lượng axit amin ít hơn số lượng codon được gọi là thoái hóa (tính chất 3), tức là

e. một axit amin nhất định có thể được mã hóa bởi nhiều bộ ba. Ngoài ra, ba codon không mã hóa bất kỳ axit amin nào (“codon vô nghĩa”) và hoạt động như một “tín hiệu dừng”. Codon dừng là điểm cuối của đơn vị chức năng của DNA, cistron. Codon dừng giống nhau ở tất cả các loài và được biểu diễn dưới dạng UAA, UAG, UGA. Tính năng đáng chú ý mã là nó có tính phổ quát (thuộc tính 4).

Ở tất cả các sinh vật sống, các bộ ba giống nhau mã hoá cho các axit amin giống nhau.

Sự tồn tại của ba loại chất kết thúc codon đột biến và sự ức chế chúng đã được chứng minh ở E. coli và nấm men. Việc phát hiện ra các gen ức chế có khả năng “giải thích” các alen vô nghĩa của các gen khác nhau cho thấy rằng quá trình dịch mã di truyền có thể thay đổi.

Các đột biến ảnh hưởng đến anticodon của tRNA làm thay đổi tính đặc hiệu của codon và tạo ra khả năng ngăn chặn các đột biến ở cấp độ tịnh tiến. Sự ức chế ở mức độ tịnh tiến có thể xảy ra do đột biến gen mã hóa một số protein ribosome. Kết quả của những đột biến này là ribosome “mắc lỗi”, chẳng hạn như khi đọc các codon vô nghĩa và “giải thích” chúng bằng cách sử dụng một số tRNA không đột biến. Cùng với việc ức chế kiểu gen hoạt động ở mức độ dịch mã, cũng có thể ức chế kiểu hình của các alen vô nghĩa: khi nhiệt độ giảm, khi tế bào tiếp xúc với kháng sinh aminoglycoside liên kết với ribosome, ví dụ như streptomycin.

22. Sinh sản của thực vật bậc cao: sinh dưỡng và vô tính. Bào tử, cấu trúc bào tử, bằng nhau và không đồng nhất. Sinh sản như một đặc tính của vật chất sống, tức là khả năng của một cá thể phát sinh ra đồng loại của mình, tồn tại trong giai đoạn đầu của quá trình tiến hóa.

Các hình thức sinh sản có thể được chia thành 2 loại: vô tính và tình dục. Sinh sản vô tính tự nó được thực hiện mà không có sự tham gia của tế bào mầm, với sự trợ giúp của các tế bào chuyên biệt - bào tử. Chúng được hình thành trong các cơ quan sinh sản vô tính - bào tử do sự phân chia nguyên phân.

Trong quá trình nảy mầm, bào tử sinh ra một cá thể mới, tương tự như mẹ, ngoại trừ bào tử của cây có hạt, trong đó bào tử đã mất chức năng sinh sản và phát tán. Bào tử cũng có thể được hình thành bằng cách phân chia giảm, với các bào tử đơn bào tràn ra ngoài.

Sinh sản thực vật bằng cách sử dụng sinh dưỡng (một phần của chồi, lá, rễ) hoặc chia tảo đơn bào làm đôi được gọi là sinh dưỡng (củ, cành giâm).

Sinh sản hữu tính được thực hiện bởi các tế bào sinh dục đặc biệt - giao tử.

Giao tử được hình thành do quá trình giảm phân, có giao tử đực và giao tử cái. Kết quả của sự hợp nhất của chúng là một hợp tử xuất hiện, từ đó một sinh vật mới sau đó sẽ phát triển.

Thực vật khác nhau về các loại giao tử. Ở một số sinh vật đơn bào, nó hoạt động như một giao tử vào những thời điểm nhất định. Các sinh vật thuộc các giới tính khác nhau (giao tử) hợp nhất - quá trình tình dục này được gọi là ba chiều. Nếu giao tử đực và giao tử cái giống nhau về hình thái và di động thì đây là giao tử đồng phân.

Và quá trình tình dục - đẳng cấp. Nếu giao tử cái lớn hơn một chút và ít di động hơn giao tử đực thì đây là giao tử dị giao tử và quá trình này là dị giao tử. Oogamy - giao tử cái rất lớn và bất động, giao tử đực nhỏ và di động.

12345678910Tiếp theo ⇒

Mã di truyền - sự tương ứng giữa bộ ba DNA và axit amin protein

Nhu cầu mã hóa cấu trúc của protein theo trình tự tuyến tính các nucleotide của mRNA và DNA được quyết định bởi thực tế là trong quá trình dịch mã:

• không có sự tương ứng giữa số lượng đơn phân trong ma trận mRNA và sản phẩm - protein tổng hợp được;
• không có sự tương đồng về cấu trúc giữa RNA và các monome protein.

Điều này giúp loại bỏ sự tương tác bổ sung giữa chất nền và sản phẩm - nguyên tắc mà theo đó việc xây dựng các phân tử DNA và RNA mới được thực hiện trong quá trình sao chép và phiên mã.

Từ đó, rõ ràng là phải có một “từ điển” cho phép người ta tìm ra trình tự nucleotide mRNA nào đảm bảo đưa các axit amin vào protein theo một trình tự nhất định. “Từ điển” này được gọi là mã di truyền, mã sinh học, mã nucleotide hoặc mã axit amin. Nó cho phép bạn mã hóa các axit amin tạo nên protein bằng cách sử dụng một chuỗi nucleotide cụ thể trong DNA và mRNA. Nó được đặc trưng bởi một số tính chất nhất định.

Bộ ba. Một trong những câu hỏi chính trong việc xác định các đặc tính của mã là câu hỏi về số lượng nucleotide, yếu tố quyết định sự bao gồm một axit amin trong protein.

Người ta phát hiện ra rằng các yếu tố mã hóa trong mã hóa trình tự axit amin thực sự là bộ ba nucleotide, hoặc sinh ba,được đặt tên "codon".

Ý nghĩa của codon.

Có thể xác định rằng trong số 64 codon, sự bao gồm các axit amin trong chuỗi polypeptide tổng hợp được mã hóa cho 61 bộ ba, và 3 bộ ba còn lại - UAA, UAG, UGA - không mã hóa sự bao gồm các axit amin trong protein và ban đầu được được gọi là codon vô nghĩa hoặc vô nghĩa. Tuy nhiên, sau đó người ta đã chứng minh rằng các bộ ba này báo hiệu sự kết thúc quá trình dịch mã và do đó chúng được gọi là codon kết thúc hoặc kết thúc.

Các codon của mRNA và bộ ba nucleotide trong chuỗi mã hóa của DNA theo hướng từ đầu 5′ đến đầu 3′ có cùng trình tự bazơ nitơ, ngoại trừ trong DNA thay vì uracil (U), đặc trưng của mRNA, ở đó là thymin (T).

Tính đặc hiệu.

Mỗi codon chỉ tương ứng với một axit amin cụ thể. Theo nghĩa này, mã di truyền hoàn toàn không mơ hồ.

Bảng 4-3.

Tính rõ ràng là một trong những đặc tính của mã di truyền, thể hiện ở chỗ...

Các thành phần chính của hệ thống tổng hợp protein

Thành phần bắt buộc	Chức năng
1 . Axit amin	Chất nền để tổng hợp protein
2. tARN	tRNA hoạt động như bộ điều hợp. Đầu nhận của chúng tương tác với các axit amin và anticodon của chúng tương tác với codon của mRNA.
3. Aminoacyl-tRNA tổng hợp	Mỗi aa-tRNA synthetase xúc tác liên kết đặc hiệu của một trong 20 axit amin với tRNA tương ứng
4.mRNA	Ma trận chứa một chuỗi codon tuyến tính xác định cấu trúc bậc một của protein
5. Ribosome	Cấu trúc dưới tế bào ribonucleoprotein là nơi tổng hợp protein
6.	Nguồn năng lượng
7. Yếu tố protein khởi đầu, kéo dài, kết thúc	Các protein ngoại bào cụ thể cần thiết cho quá trình dịch mã (12 yếu tố khởi đầu: elF; 2 yếu tố kéo dài: eEFl, eEF2 và yếu tố kết thúc: eRF)
8. Ion magie	Đồng yếu tố ổn định cấu trúc ribosome

Ghi chú: elF( yếu tố khởi đầu của sinh vật nhân chuẩn) - hệ số khởi đầu; eEF ( yếu tố kéo dài sinh vật nhân chuẩn) - hệ số giãn dài; eRF ( yếu tố giải phóng nhân thực) là các hệ số kết thúc.

thoái hóa. Có 61 bộ ba trong mRNA và DNA, mỗi bộ ba mã hóa một trong 20 axit amin trong protein.

Từ đó, trong các phân tử thông tin, việc đưa cùng một axit amin vào protein được xác định bởi một số codon. Tính chất này của mã sinh học được gọi là tính thoái hóa.

Ở người, chỉ có 2 axit amin được mã hóa bằng một codon - Met và Tri, trong khi Leu, Ser và Apr - với 6 codon và Ala, Val, Gly, Pro, Tre - với 4 codon (Bảng

Sự dư thừa của trình tự mã hóa - tài sản có giá trị nhất mã, vì nó làm tăng tính ổn định của luồng thông tin trước các tác động bất lợi của môi trường bên ngoài và bên trong. Khi xác định bản chất của axit amin có trong protein, nucleotide thứ ba trong codon không quan trọng bằng hai nucleotide đầu tiên. Như có thể thấy từ bảng. 4-4, đối với nhiều axit amin, việc thay thế một nucleotide ở vị trí thứ ba của codon không ảnh hưởng đến ý nghĩa của nó.

Tính tuyến tính của việc ghi thông tin.

Trong quá trình dịch mã, các codon mRNA được “đọc” tuần tự từ một điểm bắt đầu cố định và không trùng lặp. Bản ghi thông tin không chứa các tín hiệu cho biết sự kết thúc của một codon và sự bắt đầu của codon tiếp theo. Codon AUG là codon khởi đầu và được đọc ở cả phần đầu và phần khác của mRNA dưới dạng Met. Các bộ ba theo sau nó được đọc tuần tự mà không có bất kỳ khoảng trống nào cho đến khi codon dừng, tại đó quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide được hoàn thành.

Tính linh hoạt.

Cho đến gần đây, người ta tin rằng mã này hoàn toàn phổ biến, tức là. ý nghĩa của các từ mã là giống nhau đối với tất cả các sinh vật được nghiên cứu: vi rút, vi khuẩn, thực vật, động vật lưỡng cư, động vật có vú, kể cả con người.

Tuy nhiên, một ngoại lệ sau đó đã được biết đến; hóa ra là mRNA ty thể chứa 4 bộ ba có ý nghĩa khác với mRNA có nguồn gốc hạt nhân. Do đó, trong mRNA ty thể, bộ ba UGA mã hóa Tri, AUA mã hóa Met, còn ACA và AGG được đọc dưới dạng các codon dừng bổ sung.

Tính đồng tuyến của gen và sản phẩm.

Ở sinh vật nhân sơ, người ta đã tìm thấy sự tương ứng tuyến tính giữa trình tự codon của gen và trình tự axit amin trong sản phẩm protein, hoặc như người ta nói, có sự cộng tuyến giữa gen và sản phẩm.

Bảng 4-4.

Mã di truyền

Căn cứ đầu tiên	Cơ sở thứ hai
	bạn	VỚI	MỘT	G
bạn	Máy sấy tóc UUU	UCU Cep	Trường bắn UAU	UGU Cis
Máy sấy tóc UUC	UCC Ser	iASTir	UGC Cis
UUA Lei	UCA Cep	UAA*	UGA*
UUG Lei	UCG Ser	UAG*	UGG tháng tư
VỚI	Cửu Lôi	CCU Pro	Cầu Gis	CGU tháng 4
CÚC LÊ	SSS Pro	SAS Gis	CGC tháng 4
CUA LÊ	SSA Pro	SAA Gln	CGA tháng 4
CUG Lôi	CCG Pro	CAG Gln	CGG tháng tư
MỘT	AUU Ile	ACU TPE	AAU Asn	AGU Ser
AUC Ile	ACC Tre	AAS Asn	AGG Xám
AUA Meth	ASA Tre	AAA Liz	AGA tháng tư
tháng 8 đã gặp	ACG Tre	AAG Liz	AGG tháng 4
G	GUU Ban	GCU Ala	GAU Asp	GGU Gli
Giá GUC	GCC Ala	GAC Asp	GGC Gli
Giá trị GUA	GSA Ala	Keo GAA	GGA Gli
Giá trị GUG	GСG Ala	Keo GAG	GGG Vui Vẻ

Ghi chú: U - uracil; C - cytosine; A - adenine; G - guanine; *—codon kết thúc.

Ở sinh vật nhân chuẩn, trình tự bazơ trong gen đồng tuyến với trình tự axit amin trong protein bị gián đoạn bởi nitron.

Do đó, trong tế bào nhân chuẩn, trình tự axit amin của protein trùng khớp với trình tự exon trong gen hoặc mRNA trưởng thành sau khi loại bỏ intron sau phiên mã.

MÃ DI TRUYỀN, một phương pháp ghi lại thông tin di truyền trong các phân tử axit nucleic dưới dạng trình tự các nucleotide tạo thành các axit này. Một trình tự nucleotide nhất định trong DNA và RNA tương ứng với một trình tự axit amin nhất định trong chuỗi polypeptide của protein. Theo thông lệ, người ta thường viết mã bằng chữ in hoa của bảng chữ cái tiếng Nga hoặc tiếng Latinh. Mỗi nucleotide được ký hiệu bằng chữ cái bắt đầu tên của bazơ nitơ có trong phân tử của nó: A (A) - adenine, G (G) - guanine, C (C) - cytosine, T (T) - thymine; trong RNA, thay vì thymine, uracil là U (U). Mỗi loại được mã hóa bởi sự kết hợp của ba nucleotide – một bộ ba hoặc codon. Tóm lại, con đường truyền thông tin di truyền được tóm tắt trong cái gọi là. Giáo điều trung tâm của sinh học phân tử: DNA `RNA f protein.

Trong những trường hợp đặc biệt, thông tin có thể được truyền từ RNA sang DNA, nhưng không bao giờ được truyền từ protein sang gen.

Việc thực hiện thông tin di truyền được thực hiện theo hai giai đoạn. Trong nhân tế bào, thông tin hoặc ma trận, RNA (phiên mã) được tổng hợp trên DNA. Trong trường hợp này, trình tự nucleotide DNA được “viết lại” (mã hóa lại) thành trình tự nucleotide mRNA. Sau đó, mRNA đi vào tế bào chất, gắn vào ribosome và trên đó, giống như trên một ma trận, chuỗi polypeptide của protein được tổng hợp (dịch mã). Các axit amin được gắn vào chuỗi đang được xây dựng bằng cách sử dụng RNA chuyển theo trình tự được xác định bởi thứ tự các nucleotide trong mRNA.

Từ bốn “chữ cái”, bạn có thể tạo ra 64 “từ” ba chữ cái khác nhau (codon). Trong số 64 codon, 61 axit amin mã hóa cụ thể và ba axit chịu trách nhiệm hoàn thành quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide. Vì có 61 codon trên 20 axit amin tạo nên protein nên một số axit amin được mã hóa bởi nhiều hơn một codon (cái gọi là thoái hóa mã). Sự dư thừa này làm tăng độ tin cậy của mã và toàn bộ cơ chế sinh tổng hợp protein. Một đặc tính khác của mã là tính đặc hiệu (tính rõ ràng): một codon chỉ mã hóa một axit amin.

Ngoài ra, mã không trùng nhau - thông tin được đọc tuần tự theo một hướng, từng bộ ba. Đặc tính đáng kinh ngạc nhất của mật mã là tính phổ quát của nó: nó giống nhau ở mọi sinh vật - từ vi khuẩn đến con người (ngoại trừ mã di truyền của ty thể). Các nhà khoa học coi đây là sự xác nhận cho khái niệm rằng tất cả các sinh vật đều có nguồn gốc từ một tổ tiên chung.

Việc giải mã mã di truyền, tức là xác định “ý nghĩa” của từng codon và quy tắc đọc thông tin, được thực hiện vào năm 1961–1965. và được coi là một trong những thành tựu nổi bật nhất của sinh học phân tử.

gen- đơn vị cấu trúc và chức năng của di truyền kiểm soát sự phát triển của một tính trạng hoặc tính chất cụ thể. Cha mẹ truyền lại một bộ gen cho con cái trong quá trình sinh sản. Các nhà khoa học Nga đã có đóng góp to lớn trong việc nghiên cứu về gen: Simashkevich E.A., Gavrilova Yu.A., Bogomazova O.V. (2011)

Hiện nay, trong sinh học phân tử người ta đã xác định rằng gen là các phần của DNA mang một số loại thông tin không thể thiếu - về cấu trúc của một phân tử protein hoặc một phân tử RNA. Những phân tử này và các phân tử chức năng khác quyết định sự phát triển, tăng trưởng và hoạt động của cơ thể.

Đồng thời, mỗi gen được đặc trưng bởi một số trình tự DNA điều hòa cụ thể, chẳng hạn như các trình tự khởi đầu, có liên quan trực tiếp đến việc điều chỉnh sự biểu hiện của gen. Trình tự điều hòa có thể được đặt ở gần khung đọc mở mã hóa protein hoặc ở vị trí bắt đầu của trình tự RNA, như trường hợp của các trình tự khởi đầu (được gọi là trình tự khởi đầu). cis yếu tố điều hòa cis) và trên khoảng cách hàng triệu cặp bazơ (nucleotide), như trong trường hợp chất tăng cường, chất cách điện và chất ức chế (đôi khi được phân loại là Dịch-các yếu tố quy định, tiếng Anh. các yếu tố xuyên quy định). Do đó, khái niệm gen không chỉ giới hạn ở vùng mã hóa của DNA mà còn là khái niệm rộng hơn bao gồm cả các trình tự quy định.

Ban đầu thuật ngữ gen xuất hiện như một đơn vị lý thuyết để truyền thông tin di truyền rời rạc. Lịch sử sinh học còn ghi nhớ những tranh cãi về việc phân tử nào có thể mang thông tin di truyền. Hầu hết các nhà nghiên cứu tin rằng chỉ có protein mới có thể là chất mang như vậy, vì cấu trúc của chúng (20 axit amin) cho phép tạo ra nhiều biến thể hơn cấu trúc của DNA, vốn chỉ bao gồm bốn loại nucleotide. Sau đó người ta đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng chính DNA bao gồm thông tin di truyền, được coi là giáo điều trung tâm của sinh học phân tử.

Các gen có thể trải qua các đột biến - những thay đổi ngẫu nhiên hoặc có chủ đích trong trình tự các nucleotide trong chuỗi DNA. Đột biến có thể dẫn đến thay đổi trình tự và do đó thay đổi đặc tính sinh học của protein hoặc RNA, do đó, có thể dẫn đến hoạt động bất thường hoặc thay đổi cục bộ hoặc chung của cơ thể. Những đột biến như vậy trong một số trường hợp là gây bệnh vì chúng gây bệnh hoặc gây tử vong ở cấp độ phôi thai. Tuy nhiên, không phải tất cả những thay đổi trong trình tự nucleotide đều dẫn đến thay đổi cấu trúc protein (do ảnh hưởng của sự thoái hóa mã di truyền) hoặc dẫn đến sự thay đổi đáng kể về trình tự và không gây bệnh. Đặc biệt, bộ gen của con người được đặc trưng bởi tính đa hình đơn nucleotide và sự biến đổi số lượng bản sao. sao chép các biến thể số), chẳng hạn như mất đi và sao chép, chiếm khoảng 1% toàn bộ chuỗi nucleotide của con người. Đặc biệt, các đa hình nucleotide đơn xác định các alen khác nhau của một gen.

Các monome tạo nên mỗi chuỗi DNA rất phức tạp hợp chất hữu cơ, bao gồm các bazơ nitơ: adenine (A) hoặc thymine (T) hoặc cytosine (C) hoặc guanine (G), đường pentaatomic-pentose-deoxyribose, sau đó DNA được đặt tên, cũng như dư lượng axit photphoric. gọi là nucleotit.

Thuộc tính gen

1. tính rời rạc - tính không thể trộn lẫn của gen;
2. sự ổn định - khả năng duy trì cấu trúc;
3. lability - khả năng đột biến nhiều lần;
4. đa allelism - nhiều gen tồn tại trong quần thể ở nhiều dạng phân tử;
5. allelicity - trong kiểu gen của sinh vật lưỡng bội chỉ có hai dạng gen;
6. tính đặc hiệu - mỗi gen mã hóa đặc điểm riêng của nó;
7. pleiotropy - tác dụng đa dạng của một gen;
8. tính biểu cảm - mức độ biểu hiện của gen trong một tính trạng;
9. sự xâm nhập - tần số biểu hiện của gen trong kiểu hình;
10. khuếch đại - tăng số lượng bản sao của một gen.

Phân loại

1. Gen cấu trúc là thành phần duy nhất của bộ gen, đại diện cho một chuỗi duy nhất mã hóa một loại protein cụ thể hoặc một số loại RNA nhất định. (Xem thêm bài viết gen giữ nhà).
2. Gen chức năng - điều hòa hoạt động của gen cấu trúc.

Mã di truyền- một phương pháp đặc trưng của tất cả các sinh vật sống nhằm mã hóa trình tự axit amin của protein bằng cách sử dụng trình tự nucleotide.

DNA sử dụng bốn nucleotide - adenine (A), guanine (G), cytosine (C), thymine (T), trong văn học Nga được ký hiệu bằng các chữ cái A, G, C và T. Những chữ cái này tạo thành bảng chữ cái của mã di truyền. RNA sử dụng cùng một nucleotide, ngoại trừ thymine, được thay thế bằng một nucleotide tương tự - uracil, được ký hiệu bằng chữ U (U trong văn học tiếng Nga). Trong các phân tử DNA và RNA, các nucleotide được sắp xếp thành chuỗi và do đó thu được trình tự các chữ cái di truyền.

Mã di truyền

Để tạo ra protein trong tự nhiên, 20 loại axit amin khác nhau được sử dụng. Mỗi protein là một chuỗi hoặc nhiều chuỗi axit amin theo một trình tự xác định chặt chẽ. Trình tự này xác định cấu trúc của protein và do đó xác định tất cả các đặc tính sinh học của nó. Bộ axit amin cũng phổ biến cho hầu hết các sinh vật sống.

Việc thực hiện thông tin di truyền trong tế bào sống (nghĩa là tổng hợp protein do gen mã hóa) được thực hiện bằng hai quá trình ma trận: phiên mã (nghĩa là tổng hợp mRNA trên ma trận DNA) và dịch mã mã di truyền thành một chuỗi axit amin (tổng hợp chuỗi polypeptide trên mRNA). Ba nucleotide liên tiếp đủ để mã hóa 20 axit amin, cũng như tín hiệu dừng cho biết sự kết thúc của chuỗi protein. Một bộ ba nucleotide được gọi là bộ ba. Các chữ viết tắt được chấp nhận tương ứng với axit amin và codon được thể hiện trong hình.

Của cải

1. Bộ ba- đơn vị mã có ý nghĩa là sự kết hợp của ba nucleotide (bộ ba hoặc codon).
2. Liên tục- không có dấu chấm câu giữa các bộ ba, nghĩa là thông tin được đọc liên tục.
3. Không chồng chéo- cùng một nucleotide không thể đồng thời là một phần của hai hoặc nhiều bộ ba (không được quan sát thấy đối với một số gen chồng chéo của virus, ty thể và vi khuẩn mã hóa một số protein frameshift).
4. Tính duy nhất (đặc hiệu)- một codon cụ thể chỉ tương ứng với một axit amin (tuy nhiên, codon UGA có Euplotes crassus mã hóa hai axit amin - cysteine ​​​​và selenocysteine)
5. Sự thoái hóa (dư thừa)- Nhiều codon có thể tương ứng với cùng một axit amin.
6. Tính linh hoạt- mã di truyền hoạt động giống nhau ở các sinh vật có mức độ phức tạp khác nhau - từ vi rút đến con người (các phương pháp kỹ thuật di truyền dựa trên điều này; có một số trường hợp ngoại lệ, được trình bày trong bảng ở phần “Các biến thể của mã di truyền tiêu chuẩn” dưới).
7. Khả năng chống ồn- đột biến thay thế nucleotide không dẫn đến thay đổi loại axit amin được mã hóa được gọi là thận trọng; Đột biến thay thế nucleotide dẫn đến thay đổi loại axit amin được mã hóa được gọi là căn bản.

Sinh tổng hợp protein và các giai đoạn của nó

Sinh tổng hợp protein- một quá trình phức tạp gồm nhiều giai đoạn tổng hợp chuỗi polypeptide từ dư lượng axit amin, xảy ra trên ribosome của tế bào của sinh vật sống với sự tham gia của các phân tử mRNA và tRNA.

Sinh tổng hợp protein có thể được chia thành các giai đoạn phiên mã, xử lý và dịch mã. Trong quá trình phiên mã, thông tin di truyền được mã hóa trong phân tử DNA được đọc và thông tin này được ghi vào phân tử mRNA. Trong một loạt các giai đoạn xử lý liên tiếp, một số đoạn không cần thiết ở các giai đoạn tiếp theo sẽ bị loại bỏ khỏi mRNA và trình tự nucleotide được chỉnh sửa. Sau khi vận chuyển mã từ nhân đến ribosome, quá trình tổng hợp thực tế các phân tử protein xảy ra bằng cách gắn các gốc axit amin riêng lẻ vào chuỗi polypeptide đang phát triển.

Giữa phiên mã và dịch mã, phân tử mRNA trải qua một loạt các thay đổi tuần tự để đảm bảo sự trưởng thành của ma trận chức năng cho quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide. Một nắp được gắn vào đầu 5΄ và một đuôi poly-A được gắn vào đầu 3΄, giúp tăng tuổi thọ của mRNA. Với sự ra đời của quá trình xử lý trong tế bào nhân chuẩn, người ta có thể kết hợp các exon gen để thu được nhiều loại protein được mã hóa bởi một chuỗi nucleotide DNA duy nhất - sự ghép nối thay thế.

Dịch mã bao gồm sự tổng hợp chuỗi polypeptide theo thông tin được mã hóa trong RNA thông tin. Trình tự axit amin được sắp xếp theo chuyên chở RNA (tRNA), tạo thành phức hợp với các axit amin - aminoacyl-tRNA. Mỗi axit amin có tRNA riêng, có một anticodon tương ứng “khớp” với codon mRNA. Trong quá trình dịch mã, ribosome di chuyển dọc theo mRNA và khi làm như vậy, chuỗi polypeptide sẽ phát triển. Năng lượng cho quá trình sinh tổng hợp protein được cung cấp bởi ATP.

Phân tử protein thành phẩm sau đó được tách ra khỏi ribosome và vận chuyển đến vị trí mong muốn trong tế bào. Để đạt được trạng thái hoạt động, một số protein yêu cầu sửa đổi bổ sung sau dịch mã.